Untersuchung nachhaltiger Bewehrungen aus Naturfasern für Textilbetonbauteile (Laborphase)

Naturfasern gewinnen aufgrund ihrer umweltfreundlichen, wirtschaftlichen und mechanischen Eigenschaften bei der Verwendung als Verstärkung in Verbundwerkstoffen zunehmend an Relevanz. In diesem Forschungsprojekt wurde – soweit den Autoren bekannt – erstmals die Verwendung von Flachsfasern als Bewehrung in Betonbauteilen systematisch untersucht. Das Fraunhofer WKI stellte hierfür Drehergewebe aus Flachsfasergarnen her, welche zur Verbesserung des Verbunds und zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit in Epoxidharz getränkt wurden. Mit diesem Gewebe wurden insgesamt 136 Dehnkörper durch den Projektpartner FABRINO zur experimentellen Untersuchung des Zugtragverhaltens hergestellt, wobei der Bewehrungsgrad variiert wurde. Außerdem wurden 25 prismenförmige Probekörper, die ebenfalls unterschiedliche Querschnitte an Flachsfaserbewehrung enthielten, zur Analyse der Biegebeanspruchung hergestellt. Die durchgeführten Versuche zeigten, dass die mit Naturfasern bewehrten Betonbauteile einen ähnlichen Versagensmechanismus aufweisen wie Bauteile, die mit herkömmlichem Betonstahl bewehrt sind. Dieser Versagensmechanismus zeichnet sich durch ein fein verteiltes, reproduzierbares Rissbild aus, welches die guten Verbundeigenschaften und die Aktivierung der Naturfaserbewehrung belegen. Die beschriebenen Beobachtungen und die gewonnenen Erkenntnisse wurden durch einen Ringversuch und CT‐Aufnahmen der Versuchskörper bestätigt. Somit zeigen die Versuche das große Potential der Flachsfasertextilien als Ersatz für herkömmliche metallische und nicht‐metallische Bewehrungen auf, da eine Einsparung von Ressourcen und CO2 bei der Herstellung von Massivbauteilen erreicht und damit ein aktiver Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden kann. Für eine erste Anwendung der Flachsfaserbewehrung im Rahmen dieses Forschungsprojekts war es notwendig, die erforderliche Querschnittsfläche der Betonstahlbewehrung in eine äquivalente Querschnittsfläche der Naturfaserbewehrung umzurechnen. Dafür wurden erste Modelle zur Abbildung der einaxialen Zugbeanspruchung auf Basis der durchgeführten Versuche entwickelt. Des Weiteren wurde die Recyclingfähigkeit der Naturfasertextilien untersucht, die dazu mit einer neuartigen Tränkung behandelt wurden. Diese Tränkung zeichnet sich dadurch aus, dass bei Wärmeeinwirkung der Verbund zwischen den Werkstoffen aufgehoben wird und so eine einfache Trennung der einzelnen Werkstoffe am Ende der Nutzung möglich ist. Die durchgeführten Versuche zeigten, dass diese Tränku